一种高低温变气速废弃物焚烧系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种废弃物焚烧系统及其方法，特别是涉及一种高低温变气速废弃物焚烧系统及其方法。
背景技术
近年来，我国化工行业蓬勃发展，给社会带来了巨大的经济效益的同时也带来了环境问题。在许多化工工业生产过程中会产生大量固体、半固体或浆状和液体废弃物，某些废弃物由于其物理、化学或生物特性，对人类或其他生命体具有潜在的或现实的危害。尤其对于医药或农药等行业产生的高盐化工危废的危害性更加显著。因此，要降低这些危废对人类和环境的影响，必须对其进行妥善处理。
目前针对在工业生产中产生的高含盐废水及其他固体废弃物，一般用焚烧方法进行处理。然而在燃烧过程中存在如下问题。首先，按照国标《危险废物焚烧污染控制标准》（GB18484-2001）的要求，危险废物焚烧需设置超过1100℃，停留时间超过2秒的二燃室，用以消除低温燃烧产生的大量二噁英等有毒有害物质。但是，在焚烧过程中，焚烧温度高会导致盐熔化（盐的熔点为800℃左右），熔融状的盐会渗透到焚烧炉的耐火材料中，对耐火材料造成严重腐蚀，导致耐火材料层层剥落损坏，大大减短耐火材料的寿命；此外，熔融盐及其它物质在高温焚烧下产生不溶物，会堵塞设备及系统，对设备安全正常运行造成极大影响。因此，迫切需要寻求能够解决有毒有害物质高效分解和盐的不熔融对温度需求的矛盾的办法。
中国专利ZL201310173363.0提出了一种含盐废水焚烧处理系统及其处理方法，其技术方案为改变以往用大量水急冷的方法，采用辐射散热器进行换热，有效降低烟气温度，并且通过燃煤机来提供高温烟气，克服用天然气燃烧成本高的问题。另外，在整个系统中多处设置循环烟气管道，在回收热能的同时有效将烟气控制在适宜的温度，例如 ：防止含盐废水中的盐变成熔融状 ；进入多管除尘器和太棉高温除尘器的温度控制在600℃~650℃，有效提高除尘的效率。该技术虽然采用烟气作为含盐废弃物的燃烧介质，能将温度控制在800℃以内，但该方法系统复杂，也没有针对二噁英等有毒有害物质的处理措施，在日益严格的环保政策下，该方法无法实际应用。
因此有必要研发一种兼顾有害物质高效分解和盐熔融问题的危险废物焚烧处理系统及方法，从而避免造成设备腐蚀，降低危险废物的处理成本，且能够实现能源的循环使用，节约能量利用效率，提高环保水平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高低温变气速废弃物焚烧系统及其方法，本发明兼顾有害物质高效分解和盐熔融问题而提出的的危险废物焚烧处理系统及方法，在满足环保标准的情况下，解决盐熔融对系统设备的损耗问题。从而避免造成设备腐蚀，降低危险废物的处理成本，且能够实现能源的循环使用，节约能量利用效率，提高环保水平。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种高低温变气速废弃物焚烧系统，所述系统包括依次连接的主燃室、二燃室、三燃室、余热利用装置、急冷装置和净化除尘装置；系统主燃室设有加料口和进风口，不可燃、未燃尽以及燃烧后的灰渣与烟气一同与二燃室连通；低温、低速、贫氧燃烧的二燃室进口与主燃室出口相连，二燃室出口与三燃室进口相连，液体（含盐）废弃物被喷入以调节二燃室温度且进行燃烧，粗渣及未熔融的盐颗粒从排渣装置排出，其余烟气进入三燃室；高温、高速、富氧燃烧的三燃室出口与余热利用装置进口相连；余热利用装置出口与急冷装置进口相连；急冷装置出口与烟气净化及除尘装置相连，净化处理后的废气连通引风机；
主燃室装置可为物料适应性强的回转窑炉，或其他针对特殊物料的燃烧炉型，如循环流化床锅炉、机械链条排炉、脉冲抛式炉排焚烧炉和CAO焚烧炉类；
二燃室和三燃室装置为一体化燃烧室，包括但不限于分区二燃室，或单独存在的两台燃烧装置，如旋风筒、流化床、气体燃烧炉或液体燃烧炉类；
二燃室其进口与主燃室出口相连，二燃室底部安装有排渣装置；其进气方向为、但不限于二燃室切线方向，二燃室内安装导流板，二燃室结构为、但不限于惯性分离器、旋风分离器类样式。
所述的一种高低温变气速废弃物焚烧系统，所述余热利用装置，该装置例如但不限于余热锅炉；所述净化除尘装置，该装置例如但不限于喷淋塔、喷氨罐、脱硫塔和布袋除尘器。
所述的一种高低温变气速废弃物焚烧系统，所述系统的一种分区二燃室，其下部为低温、低气速、贫氧燃烧区，上部为高温、高气速、富氧燃烧区。
所述的一种高低温变气速废弃物焚烧系统，所述分区二燃室，结构特点为“上窄下宽”，上、下部燃烧区横断面面积之比根据各段所需气速决定，例如但不限于，小于0.6；所述分区二燃室装置或为其他具有同样功能和原理的演变型结构或分体式装置。
一种高低温变气速废弃物焚烧方法，所述方法对废弃物依次进行预处理、一次燃烧、二次燃烧、三次燃烧、余热利用、急冷降温和净化除尘处理；所述的预处理包括废弃物的分类、破碎和配伍；所述一次燃烧是根据废弃物物料特性，选择合适的燃烧方式和装置进行初次燃烧，将大部分废弃物燃烧分解，不可燃或未燃尽的灰渣进行二次燃烧；所述二次燃烧是低温、低气速和贫氧，一次燃烧后的灰渣和新加入的液体废弃物一同进行二次燃烧，其中大部分未熔融的盐类颗粒和不可燃固体颗粒得以排出；所述三次燃烧，是高温、高气速和富氧，二次燃烧后产生的二噁英和CO等有毒有害气体以及未燃尽的细颗粒物进行充分燃烧分解；所述余热利用是将三次燃烧后的高温烟气中的热量进行回收利用；所述急冷降温是将余热利用后的烟气快速降温，跳过二噁英等有毒有害物质容易再次生成的温度范围；所述净化除尘是指在极冷降温中和极冷降温后进行的包括但不限于脱硫、脱硝、贵金属及有毒有害物质吸附和除尘；
系统包括以下工艺过程：
依次连接的主燃室、二燃室、三燃室、余热利用装置、急冷装置和净化除尘装置，主燃室出口与二燃室相连，废弃物及系统一次风从主燃室加料口和进风口进入，不可燃、未燃尽以及燃烧后的灰渣与烟气一同进入二燃室；二燃室为低温、低速、贫氧燃烧，二燃室进口与主燃室出口相连，二燃室出口与三燃室进口相连，二燃室底部设有排渣装置，液体废弃物被喷入以调节二燃室温度且进行燃烧，粗渣及未熔融的盐颗粒从排渣装置排出，其余烟气进入三燃室；所述三燃室为高温、高速、富氧燃烧，二次风和天然气或油类等辅助燃料被喷入以保证未燃颗粒和有毒有害物质的充分燃烧分解，三燃室出口与余热利用装置进口相连；余热利用装置出口与急冷装置进口相连；急冷装置出口与烟气净化及除尘装置相连，细渣由除尘装置排出，经净化处理后的废气通过引风机排入大气。
所述的一种高低温变气速废弃物焚烧系统，所述二次燃烧具有低温、低速特征；所述低速是指气速低于灰渣颗粒的自由沉降速度，例如但不限于1.5m/s，自由沉降速度高于该数值的固体颗粒会沉降在燃烧室底部，由底部排渣装置排出；所述低温是指二次燃烧温度低于三次燃烧温度，二次燃烧时通过喷入常温的液体废弃物将温度控制在盐类熔化温度以下，例如但不限于600~800℃。
所述的一种高低温变气速废弃物焚烧系统，所述三次燃烧具有高温、高气速和富氧的特征；高气速是指三次燃烧气速高于二次燃烧气速，例如但不限于2.5m/s，所有燃烧产物均随烟气一同进入余热利用装置；由于所述二次燃烧温度低，未燃尽的可燃物继续进行三次燃烧；并在三次燃烧时通过喷入天然气或燃油等辅助燃料和二次风的补充进行高温、富氧燃烧；该燃烧区温度为，例如但不限于1100~1200℃。
所述的一种高低温变气速废弃物焚烧系统，所述废弃物原料和燃烧后灰渣均是针对燃烧特性合理分点投入及排出，废弃物原料不仅在一次燃烧和二次燃烧时被作为燃烧原料给入，还作为二次燃烧时温度调节的手段；燃烧后灰渣的排出是根据气速变换将自由沉降速度高于设定值的灰渣颗粒在二次燃烧时及早大量排出。
所述的一种高低温变气速废弃物焚烧系统，所述一次燃烧和二次燃烧运行温度相对较低且处于贫氧状态，抑制NOX的生成，例如但不限于，一次燃烧温度<850℃，二次燃烧温度低于800℃；优选的，三次燃烧为高温、富氧燃烧，例如但不限于，该燃烧温度高达1200℃，且通过二次风补给助燃，氧气浓度2~10%，优选地，2~8%，更优选地，2~5%。
所述的一种高低温变气速废弃物焚烧系统，所述分区二燃室下部燃烧室具有低温低速的特征；所述低速是指气速低于灰渣颗粒的自由沉降速度，例如但不限于1.5m/s，自由沉降速度高于该数值的固体颗粒会沉降在燃烧室底部，由底部排渣装置排出；上部燃烧室气速高于下部燃烧室气速，例如但不限于2.5m/s；所述低温是指分区二燃室下部燃烧区温度低于上部燃烧区，下部燃烧室通过喷入常温的液体废弃物将温度控制在盐类熔化温度以下，例如但不限于600~800℃；所述分区二燃室下部燃烧区温度低，未燃尽的可燃物随烟气进入分区二燃室上部继续燃烧；上部燃烧区通过喷入天然气或燃油等辅助燃料和二次风的补充进行高温燃烧，该燃烧区温度为1100~1200℃；分区二燃室上部温度根据燃尽需求设定。
本发明的有益效果在于：
其一，解决了有毒有害物质高效分解和盐的不熔融对温度需求的矛盾；
其二，及时将粗颗粒灰渣在二次燃烧时排出，减轻了后续系统的负担；
其三，废弃物大部分是在贫氧状态下燃烧，有利于抑制NOX的生成。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施例的废弃物焚烧处理系统的流程图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的分区二燃室结构示意图；
图3示出了根据本发明的废弃物焚烧处理工艺图。
附图标记：1—入口（与回转窑相连）；2—低温低气速燃烧区；3—高温高气速燃烧区；4—液体废弃物喷射管；5—二次风进口；6—辅助燃料喷射口；7—排渣装置；8—出口（与余热锅炉相连）。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例进一步对本发明进行详细说明。
本发明将废弃物依次进行预处理、一次燃烧、二次燃烧、三次燃烧、余热利用、急冷降温和净化除尘等处理。预处理包括废弃物的分类、破碎和配伍等。一次燃烧是根据废弃物物料特性，选择合适的燃烧方式和装置进行初次燃烧，将大部分废弃物燃烧分解，不可燃或未燃尽的灰渣进行二次燃烧。所述二次燃烧是低温、低气速和贫氧，一次燃烧后的灰渣和新加入的液体（含盐）废弃物一同进行二次燃烧，其中大部分未熔融的盐类颗粒和不可燃固体颗粒得以排出。三次燃烧，是高温、高气速和富氧，二次燃烧后产生的二噁英和CO等有毒有害气体以及未燃尽的细颗粒物进行充分燃烧分解。余热利用是将三次燃烧后的高温烟气中的热量进行回收利用。急冷降温是将余热利用后的烟气快速降温，跳过二噁英等有毒有害物质容易再次生成的温度范围。净化除尘是指在极冷降温中和极冷降温后进行的包括但不限于脱硫、脱硝、贵金属及有毒有害物质吸附和除尘等。
二次燃烧具有低温、低速的特征。低速是指气速低于灰渣颗粒的自由沉降速度，例如但不限于1.5m/s，自由沉降速度高于该数值的固体颗粒会沉降在燃烧室底部，由底部排渣装置排出；所述低温是指二次燃烧温度低于三次燃烧温度，二次燃烧时通过喷入常温的液体（含盐）废弃物将温度控制在盐类熔化温度以下，例如但不限于600~800℃。其结果是在二次燃烧时含有盐类的液体废弃物能够有效燃烧，但盐类颗粒被沉降排出，从而避免了其进行高温的三次燃烧导致熔融、粘结和腐蚀。
三次燃烧具有高温、高气速和富氧的特征。所谓高气速是指三次燃烧气速高于二次燃烧气速，例如但不限于2.5m/s，所有燃烧产物均随烟气一同进入余热利用装置。由于所述二次燃烧温度低，未燃尽的可燃物继续进行三次燃烧。为了提高燃烧效率，在三次燃烧时通过喷入天然气或燃油等辅助燃料和二次风的补充进行高温、富氧燃烧，该燃烧区温度为，例如但不限于1100~1200℃，可将二噁英、CO等有毒有害成分充分燃烧分解。由于盐类颗粒已在所述二次燃烧时排出，所以所述三次燃烧温度可以根据燃尽需求设定，而不存在高温燃尽和盐类熔融的矛盾。
废弃物焚烧处理方法的特征是，废弃物原料和燃烧后灰渣均是针对燃烧特性合理分点投入及排出，其特征在于，废弃物原料不仅在一次燃烧和二次燃烧时被作为燃烧原料给入，还作为二次燃烧时温度调节的手段；燃烧后灰渣的排出是根据气速变换将自由沉降速度高于设定值的灰渣颗粒在二次燃烧时及早大量排出，系统后端净化除尘装置排出的细渣粒度小，且满足颗粒污染物排放标准。
一次燃烧和二次燃烧运行温度相对较低且处于贫氧状态，能够抑制NOX的生成，例如但不限于，一次燃烧温度<850℃，二次燃烧温度低于800℃。优选的，所述三次燃烧为高温、富氧燃烧，例如但不限于，该燃烧温度高达1200℃，且通过二次风补给助燃，氧气浓度2~10%，优选地，2~8%，更优选地，2~5%。
本发明系统包括依次连接的主燃室、二燃室、三燃室、余热利用装置、急冷装置和净化除尘装置。
主燃室出口与二燃室相连，废弃物及系统一次风从主燃室加料口和进风口进入，不可燃、未燃尽以及燃烧后的灰渣与烟气一同进入二燃室；所述二燃室为低温、低速、贫氧燃烧，二燃室进口与主燃室出口相连，二燃室出口与三燃室进口相连，二燃室底部设有排渣装置，液体（含盐）废弃物被喷入以调节二燃室温度且进行燃烧，粗渣及未熔融的盐颗粒从排渣装置排出，其余烟气进入三燃室；所述三燃室为高温、高速、富氧燃烧，二次风和天然气或油类等辅助燃料被喷入以保证未燃颗粒和有毒有害物质的充分燃烧分解，三燃室出口与余热利用装置进口相连；所述余热利用装置出口与急冷装置进口相连；所述急冷装置出口与烟气净化及除尘装置相连，细渣由除尘装置排出，经净化处理后的废气通过引风机排入大气。
主燃室该装置可为适用性强的回转窑炉，也可为其他针对特殊物料的燃烧炉型，如循环流化床锅炉、机械链条排炉、脉冲抛式炉排焚烧炉和CAO焚烧炉等。
二燃室和三燃室，该装置可为具备说明书所述特征的一体化燃烧室，包括但不限于下文详细描述的分区二燃室，也可为单独存在的两台燃烧装置，如旋风筒、流化床、气体燃烧炉或液体燃烧炉等。
二燃室进口与主燃室出口相连，二燃室底部安装有排渣装置。为提高排渣能力，进气方向可为，例如但不限于二燃室切线方向，二燃室内可安装导流板，二燃室结构可为，例如但不限于惯性分离器、旋风分离器等样式。
余热利用装置，该装置例如但不限于余热锅炉。
净化除尘装置，该装置例如但不限于喷淋塔、喷氨罐、脱硫塔和布袋除尘器。
本发明一种分区二燃室，其下部为低温、低气速、贫氧燃烧区，上部为高温、高气速、富氧燃烧区。分区二燃室，结构特点为“上窄下宽”，上、下部燃烧区横断面面积之比根据各段所需气速决定，例如但不限于，小于0.6。
分区二燃室下部燃烧室具有低温低速的特征。所述低速是指气速低于灰渣颗粒的自由沉降速度，例如但不限于1.5m/s，自由沉降速度高于该数值的固体颗粒会沉降在燃烧室底部，由底部排渣装置排出；上部燃烧室气速高于下部燃烧室气速，例如但不限于2.5m/s。所述低温是指分区二燃室下部燃烧区温度低于上部燃烧区，下部燃烧室通过喷入常温的液体废弃物将温度控制在盐类熔化温度以下，例如但不限于600~800℃。其结果是在二燃室下部含有盐类的液体废弃物能够有效燃烧，但盐类颗粒被沉降在燃烧室底部，由底部排渣装置排出，从而避免了其在高温燃烧条件下熔融、粘结和腐蚀。由于所述分区二燃室下部燃烧区温度低，未燃尽的可燃物随烟气进入所述分区二燃室上部继续燃烧。为了提高燃烧效率，在所述上部燃烧区通过喷入天然气或燃油等辅助燃料和二次风的补充进行高温燃烧，该燃烧区温度为1100~1200℃，可将二噁英、CO等有毒有害成分充分燃烧分解。由于盐类颗粒已在所述分区二燃室下部燃烧区排出，所以所述分区二燃室上部温度可以根据燃尽需求设定，而不存在高温燃尽和盐类熔融的矛盾。
分区二燃室，该装置可为说明书第19条所述结构，也可为其他具有同样功能和原理的演变型结构或分体式装置。
实施例
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
废弃物焚烧前的预处理：与一般废弃物处理方法一致，主要涉及到大块固体废弃物的破碎、不同性质废弃物的分类、焚烧前各废弃物的配伍均质化处理以及储存等。
废弃物回转窑焚烧：经预处理后的废弃物，可能是固态、液态或半固态等状态，分别通过配套的可调节给入量大小的进料装置均匀给入回转窑内，与此同时回转窑还设有一次风进风口，被给入的废弃物与空气混合进行高温分解及燃烧反应，废弃物大量减量，回转窑内的炉温控制在850℃以内，部分未燃尽的废弃物与燃烧后形成的烟气一同进入与回转窑出口相连的二燃室低温燃烧区进口1。
二燃室低温燃烧：二燃室结构如图2，为上下相通结构，下部横截面大于上部，从回转窑给入的烟气及未燃尽废弃物经由低温燃烧区进口1进入低温低气速燃烧区2，在该区域内与经由液体废弃物喷射管喷入的废盐水混合，混合后的气固混合物温度降低至600-800℃，温度值通过新喷入废盐水的量控制（也可在该低温燃烧室安装辅助燃料及助燃风进口，以应对可能出现的废盐水喷入过量导致的燃烧温度过低情况）。混合后的气固混合物进一步进行贫氧燃烧（低温二燃室不补充空气），因该燃烧区横截面大，内部气体流速低，颗粒自由沉降速度高于该设定气体流速值的固态盐、燃烧后产生的固体灰颗粒以及不可燃固体废弃物沉降至燃烧区底部，经由排渣装置7排出二燃室，进行最后的掩埋等固废处理。
二燃室高温燃烧：二燃室低温燃烧区2产生的烟气随气流进入高温高气速燃烧区3，烟气中未燃尽的细颗粒物和低温贫氧燃烧产生的大量二噁英及CO等有毒有害物质在该区域内与经由辅助燃料喷射口6进入的天然气或燃油以及经由二次风进口5进入的空气（氧气）等混合后进行高温过氧分解和燃烧，实现无害化处理目的。燃烧后的烟气从高温燃烧区顶部的出口8进入余热锅炉中进行热值回收利用。
余热利用：经由二燃室高温燃烧后排出的高温烟气进入余热利用锅炉，热量通过与水换热产生水蒸气用以发电或供暖等。被吸收部分热量后的烟气从余热锅炉中排出，此时烟气温度约500℃。
急冷装置：余热锅炉排出的烟气进入急冷装置快速降温至200℃以内，避免二噁英等有毒有害物质的再次生成。本实施例急冷装置为喷淋塔。
净化及除尘：冷却后的低温烟气进入净化及除尘装置，净化后的烟气由引风机排至大气。此处脱硫脱硝方法及装置可为燃煤电厂常用的各种脱硫脱硝方法及装置，本实施例以活性焦联合脱硫脱硝装置为例，脱硫脱硝装置设置在布袋除尘器前，可除去一些较大颗粒的烟尘，再经布袋除尘器过滤后进行排放，排放温度为150℃左右，过滤下来的细灰（渣）与二燃室回收的粗渣一同进行危废填埋处置；活性焦联合脱硫脱硝装置中的活性焦可以循环使用，但是多次循环使用后对烟气的处理效果下降，需要重新更换活性焦，具体根据实际执行。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
